电路概念与分析方法LQP

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1、1,电工电子技术第1 章 电路概念与分析方法,2,主要内容,电路：组成-3部分；作用-2个 电路模型-实际电路、理想电路 元件及其分类-无源元件、有源元件；实际元件和理想元件 电量-电路的主要物理量，5个 分析方法：化简-变换-分析 化简方法 1，电压源与电流源及其等效变换 2，串联、并联化简-理想电源的串并联化简 电压源与电流源等效变换 欧姆定律-适用于线性电阻 基尔霍夫定律 KCL、KVL-普适 支路电流法-普适 叠加原理-适用于线性电路 戴维南定理、诺顿定理-有源二端网络的变换 节点电压法,3,电路 circuit :电流的通路,是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的.,

2、一.电路的3个组成部分,电源 source :将非电能转换成电能的装置,(电池,发电机),中间环节:把电源与负载连接起来的部分,(连接导线,开关),负载load :将电能转换成非电能的用电设备,(电灯,电炉,电动机),二、电路的2个主要作用,1.电能electric energy传输和转换（例如：电网，地铁，高铁）,2.信号的传递和处理（例如：音响系统，地铁，高铁）,1.1 电路circuit与电路模型circuit model 1.1.1 电路的组成与作用,Ex: 一个轨道交通系统由车辆、信号和供电三大系统构成,4,1.电能electric energy传输和转换（例如：电网）,发电机,升压

3、变压器,降压变压器,电灯电炉,热能,水能,核能转电能,传输分配电能,电能转换为光能,热能和机械能,(电源),(中间环节),(负载),电路的2个主要作用,2.信号的传递和处理（例如：音响系统）,放大器,扬声器,将语音转换为电信号,(信号源),信号转换和放大,信号处理,(中间环节),接受转换信号的设备,(负载),5,实际电路理想化电路模型,例如,理想化开关和导线,理想化灯泡,1.1.2 电路模型 circuit model 元件,实际手电筒,手电筒电路模型,理想化电池,如何理想化？实际元件理想化理想化的电路元件,元件,电阻、电感、电容元件,有源 元件,无源 元件,电压源、电流源,线性元件：,理想元

4、件：,实际元件：,非线性元件：,电 路 元 件,电路 元件,电路 元件,6,理想无源元件： 电阻resistance : 表征电路中电能消耗的理想元件。 电容capacitance :表征电路中电场能储存的理想元件。 电感inductance : 表征电路中磁场能储存的理想元件。 导线： 理想有源元件： 理想电压源 :为电路提供恒定不变的电压。 (恒压源） 理想电流源 :为电路提供恒定不变的电流。 (恒流源）,常用理想元件,恒压源,恒流源,7,电路分析-能否正确分析电路是课程学习的最重要检验标准。,已知：如图电路，。 求：,解：电路分析,激励excitation:电源与信号源的电压与电流。,响

5、应response ：由于激励在电路中产生的电压与电流。,电路分析：在已知电路结构与元件参数情况下，讨论激励与响应之间的关系。,电路分析： 根据电路的组成结构（元件）和性质，以及待求的电量； 采用合适的电路分析方法，列出方程，求出待求的电量； 确定电路的功能。,8,电路分析的一般步骤,1 观察电路（电路元件及连接方式）。 2 确定待求电量，规定其参考方向。 3 若有必要化简，将电路化简。（化简方法） 4 确定用哪种分析方法，列方程求解（定律、分析法。使用的是参考方向） 5 分析所求得的结果根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相

6、反。注意： 分析过程中，作图也是在解题。能用图用图，能用符号公式用符号公式，最后才是文字,笔记,R,U,E,+,_,R0,+,_,U,I,开关闭合,手电筒电路模型,已知：如图电路，E , R0。 求：R 上的电流和电压。 解：解题步骤如下，,9,1.2 电压和电流的参考方向,7个基本物理量：U(u)，I(i)，E(e)，V(v)，P(p)，功A，电能W(w),问题： 大小？ 方向？ 正负？各个电量遵循什么规律？ 关键：参考方向和实际方向。,I,I,正值,负值,10,电压和电流关联参考方向,关联正方向， U与I参考方向一致。,非关联正方向，U与I参考方向相反。,是根据基本定律及分析方法列写电路方

7、程首先要考虑的问题。 以欧姆定律为例,U=IR,U= IR,电路分析中的参考方向,问题的提出：难于判断元件中电量的实际方向，如何求解？,解决方法,解题前，先设定参考方向，并依据参考方向以及电路的定律、定理，列出方程，求解。,(2)参考方向和实际方向的关系？得到结果后，根据计算结果确定。 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,-,11,已知：E=2V, R=1 求： 当U（即Uab）分别为 3V 和 1V 时，IR=?,解：,(1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；,(2) 列电路方程：,-,例题,(3) 数值计算,12,(4) 为了避免列方程

8、时出错，习惯上把 I 与 U 的方向按相同方向假设(关联正方向）。,(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。,(2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,强调,假设: 与 的方向一致，则,例,假设: 与 的方向相反， 则,13,指定电路中某一点为参考点,设其电位为零,其他各点可用数值表示高低 。比参考电位高的为正,比它低的为负。正数值愈大则电位愈高。参考点不同电位不同。,两点之间

9、电压差即两点之间的电位差，针对某一点的电位，必须寻求某一参考点。,原则上参考点的选取是任意的。,4. 电位electric potential 电路中的参考点,电压与电位的关系,14,6A,a,c,Va=Uab=60V Vc=Ucb=140V Vd=Udb=90V,结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压。（参考点通常用“接地”符号表示，但该点没有和大地相连。）（2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电位差是不变的。,各点电位的高低是相对的，而两点间电位的差值是绝对的。,注：,电路中电位的计算,b为参考点,如果选其他点为参考点呢？,15,1

10、.10 电路中的电位计算,电位和电压的关系 参考点的选取 简化电路的阅读理解 ex: P43,16,5. 功率power与电能,功率的概念：描述电路中任意两点间能量转换速率。 电功率：P（） 单位：瓦 千瓦 功：A=Uq=UIt 电能：W=Pt 单位：焦尔 千瓦小时 遵循规律：电路的功率平衡 电路的能量守恒,设：U 、I参考方向如图所示，则这部分电路消耗的功率为:,P=UI W,17,P=+UI，,U与I参考方向一致,U与I参考方向相反,P=-UI，,计算（列写方程时）,分析（分析计算结果时）,为+，元件消耗功率（负载） 为 -，元件产生功率（电源）,笔记,功率的计算和分析,任意两点： 可以是

11、单一无源元件、单一有源元件、或一个复杂二端电路 只要设出其端电压和端电流参考方向，就可以计算其功率。,此为 电源与负载的判别方法,例 子,U,U=-10V I= 1A,18,电路分析的一般步骤,1 观察电路（电路元件及连接方式）。 2 确定待求电量，规定其参考方向。 若有必要化简，将电路化简。（化简方法）确定用哪种分析方法，列方程求解（定律、分析法。使用的是参考方向，一套正负号）5 分析所求得的结果（另一套正负号）根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,笔记,19,1.3 无源电路元件 R、C 、L,L,20,R、C 、L

12、的处理方法,笔记,R、C 、L暂态和稳态下的处理、在直流电路和交流电路下的处理都不同！,稳态时 R=R ,u=Ri C看作开路 i=0 L看作短路u=0,以直流电路为例：,暂态时：,21,1.4 有源电路元件,独立电源：电压源、电流源 实际电源：实际电压源、实际电流源 理想电源：理想电压源、理想电流源 电源等效变换-仅仅适用于实际电压源和实际电流源之间的等效变换；理想电压源和理想电流源之间不存在等效变换 受控电源：受控电压源、受控电流源,22,伏安特性,电压源模型,1.4.1.1 电压源voltage source,一、实际电压源,二、理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源.,U、I

13、关系,I和E、R0 、 U有关,I由外电路决定,23,1.4.1.2 电流源current source,一、实际电流源,电流源模型,U、I关系,伏安特性,二、理想电流源 （恒流源): RO= 时的电流源。,Uab由外电路决定,Uab和Is、R0 、 I有关,24,设: E=10V,当R1 R2 同时接入时： I=10A,例,恒流源的端电压，其大小和方向都可随外电路的变化而变化。,设: IS=1 A,恒压源中的电流，其大小和方向都可随外电路的变化而变化。,恒压源中的电流、恒流源的端电压？ 恒压源恒压不恒流、恒流源恒流不恒压,25,I,E,R,_,+,a,b,Uab=?,Is,原则：Is不能变，

14、E 不能变。,电压源中的电流 I= IS,恒流源两端的电压,例题,26,对外的电压电流相等,I = I Uab = Uab,1.4.2 两种实际电源之间的等效互换,等效变换,对外电路等效,对外电路(a、b右边电路）等效。 对内电路(a、b左边电路，即电源本身）不等效。,实际电压源,实际电流源,只有对电源以外的电路进行分析时，才可以进行等效变换。,可以从电流、电压、功率等角度分析。,27,(1) “等效”：对外等效（等效互换前后对外伏-安特性一致）。 ，对内不等效。,注意,等效变换的注意事项,28,(2) 注意转换前后 E 与 Is 的方向。,(3) 恒压源和恒流源不能等效互换。,（不存在）,(

15、4) 进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻，两者之间可等效变换。RO和 RO 不一定是电源内阻。,29,I=?,例子： 注意， 作图即解题,30,例题 推敲,31,电源,非独立源（受控源）,独立源,电压源,电流源,1.4.3 受控源,独立源和非独立源的异同,相同点：两者性质都属电源，均可向电路提供电压或电流。,不同点：独立电源的电动势或电流是由非电能量提供的，其大小、方向和电路中的电压、电流无关；受控源的电动势或输出电流，受电路中某个电压或电流的控制。它不能独立存在，其大小、方向由控制量决定。,32,受控源分类,33,*电路的基本联接方式,串联 series connection、并联 parallel connection,任意元件的串并联化简,34,电阻的串联series connection、并联 parallel connection,串联的电阻分压作用,分压作用：,并联的电阻分流作用,也可写成：,（G = 1/R 称电导，单位为西门子）,今后电阻并联用“ / ”表示,例：1 / R2,分流作用：,35,可以利用电阻串联与并联的特征对电路进行简化,